湖泊岸线变化对水体污染物输移扩散影响研究

为研究湖泊岸线变化情况对于水体污染物输移扩散的影响作用,选择某市的一个辖区,针对该辖区某湖泊岸线变化实施潮流场数值模拟。选用COD作为水体污染物实施输移扩散模拟,构建COD输移扩散模型。主要考虑6个点源的污染物输入,依据点源排污量分别在大潮与小潮作用的湖泊岸线变化情况下研究不同岸线类型的COD输移扩散情况。在大潮、小潮作用下,COD在修复岸线与自然岸线的输移扩散范围更小,在人工岸线的输移扩散范围大。可以看出,与人工岸线相比,自然岸线和修复岸线可以抑制COD在水体中的扩散范围。

淹没植被和河床吸收边界对湿地污染物输移影响

湿地是生态系统的重要组成部分,研究淹没植被和河床吸收边界联合作用下的湿地污染物迁移规律可为湿地设计与维护提供参考。采用基于拉格朗日观点的随机位移模型,设置不同的植被密度以及河床对污染物的吸收概率,模拟同时存在密集刚性淹没植被和河床吸收边界的湿地内瞬时释放污染物的输移过程。研究结果表明:河床吸收概率的提升加快了污染物粒子团的平均移动速度并减弱其纵向离散强度,而植被密度的增加会抑制河床对污染物粒子的吸收,使污染物在湿地中的停留时间更长且分布更加分散,从而充分发挥湿地综合净化作用;当吸收概率超过10%后,河床吸收边界可视为完全吸收边界,因此,在湿地设计中不必采用吸收概率更高的基质。

植物覆盖下垫面上污染物输移特性试验研究

为了研究黄土区植物覆盖条件下降雨径流中污染物随时间的变化特性,选取兰州市植物覆盖下垫面来模拟降雨径流,并比较在大、中、小三种雨强下污染物的输移情况。建立植物覆盖下垫面上径流污染物的输移模型并讨论其对不同降雨强度的适应性情况,分析水样中浊度、COD_(cr)、NH_(3)-N、TP等污染物的输移情况。试验结果表明,径流污染物的浓度与有效降雨深度成e指数关系,其中参数冲刷系数k的取值范围为0.0546~0.1386。

明渠交汇口水流及污染物输移数值计算

针对明渠交汇口流动特性应用深度平均H L紊流模型和污染物传输方程建立了明渠交汇口水流流动及污染物输移模型;采用有限体积法离散格式及交错网格上的水深-速度校正算法进行了数值计算并应用实测资料对数值模型进行了验证。计算结果与实测资料吻合较好,表明所提出的模型能较好的预测交汇口水流分离区及污染混合区形状及大小。

连云港近岸海域污染物输移规律

为研究连云港近岸海域污染物随潮流运动的输移和浓度增量的变化规律,以连云港徐圩新区新设污水处理厂远期入海排污口尾水排放为研究案例,采用非稳态浅水方程和垂向平均的二维对流扩散方程建立连云港近岸海域水动力及水质耦合模型,应用有限体积法在无结构三角形网格上对方程离散求解,模型开边界所需大、小潮潮位过程由TPXO海潮模型生成.计算结果表明:二维数值模型可较好地模拟不同水文条件下计算区域内的水动力流场和污染物的输移轨迹;其浓度增量与排放量成正比,与水体流速、水量成反比,小潮落憩时刻污染物浓度增量相对最大.

分汊型河道水流运动特性和污染物输移规律研究进展

对分汊型河道的水流运动特性和污染物输移扩散规律的相关研究进行综述,分别从分汊型河道中分汊口、交汇口、整个分汊河道的水流特性及分汊型河道中的污染物输移特性等4个方面进行总结。介绍分汊口和交汇口处的水流从其能量损失、水位变化、水流分离等一维、二维过流特征到三维流动结构和紊动特性的研究过程;从野外现场试验、室内物理模型试验和数学模型模拟等角度出发阐述了整个分汊河道的水流特性;认为污染物在分汊河道中的输运规律研究主要集中在数值模拟上,并进行了回顾和分析;提出分汊河道水流水质输移特性研究中一些有待深入探究的问题,尤其亟待加强不同排放方式、不同污染物密度和不同分汊形态下污染物输移机制的试验研究。

波浪作用下近岸区污染物输移扩散的数学模型及其实验验证

在近岸缓坡浅水海岸,波浪破碎产生沿岸流是近岸海域流场的重要组成部分,它对污染物输移扩散规律的影响重大,在高阶近似抛物化缓坡方程求解大面积波浪场基础上,建立了波浪作用下污染物输移扩散数学模型。计算结果与不同坡度均匀斜坡地形上具有不同波高、周期的规则波及不规则波浪作用下污染物输移扩散实验结果进行了比较,分析了各种因素对波浪作用下沿岸流分布规律影响,所得结论认为地形坡度及入射波高对污染物输移扩散的影响较大,波浪作用将使缓坡海滩上污染物的输移扩散平行岸线方向。

规则波导斯托克斯漂移对污染物输移的影响

为研究斯托克斯漂移对近岸污染物输移的影响,首先建立波导流和考虑斯托克斯漂移的对流扩散数值模型,通过数模结果与实验结果的比较,研究平直斜坡地形下规则波入射时斯托克斯漂移对污染物输移的影响,波导流模型中波浪场基于波能守恒方程来模拟,波导流场基于Longuet-Higgins提出的辐射应力来模拟,污染物对流扩散模型考虑了斯托克斯漂移的影响。其次,利用一个算例来验证对流扩散模型,结果表明数值模型计算结果与解析解吻合良好。最后,利用该模型模拟了两个实验工况下污染物的输移,数值模拟结果与实验结果吻合良好,表明斯托克斯漂移对近岸污染物向岸线方向的输移有比较明显的影响。

长江口南港的水文泥沙环境及污染物输移

南港河道水域宽广，水体量大，动力条件强，悬沙含量较高且都是细颗粒物质，纳污容量大，具有较强的输运、稀释和自净能力。污水进入南港以后，污染物在河道中迁移转化，主要吸附在泥沙上。在外泄过程中污染物质在南港中往返逗留，循环输移，向底层、滩地、涨潮沟等地迁移，并在河海相接地带富集。

岸线变化对天津近岸海域污染物输移扩散影响研究

应用MIKE21数学模型对天津近岸海域潮流场进行数值模拟,同时考虑天津近岸海域5个典型河口污染物输入的影响,计算了大小潮作用下COD输移扩散范围,并研究了岸线变化对COD输移扩散范围的影响。结果表明,岸线的变化对北塘口及天津港附近COD的输移扩散有较大影响。岸线变化后,大小潮高低潮时刻对应的0.001 mg/L浓度等值线范围均比岸线变化前小。

岸线变化对钦州湾污染物输移扩散的影响

【目的】分析岸线变化对钦州湾污染物输移扩散的影响,为钦州湾岸线开发、海洋环境保护提供科学依据。【方法】在2004-2012年岸线变化的基础上,利用MIKE21数学模型对钦州湾COD扩散进行模拟。【结果】低潮位时COD扩散面积大于高潮位时,小潮期间COD扩散面积大于大潮期间;岸线变化对钦州湾污染物输移扩散有一定影响,岸线变化后,金鼓江口COD扩散面积比岸线变化前稍大,三墩公路与犀牛脚之间COD浓度增量大于2mg/L的区域明显大于岸线变化前。【结论】合理开发利用岸线,对改善钦州湾污染物输运扩散,保护海洋环境具有十分重要的意义。

市政饮用水供应中的污染物输移:一种估计速率和不确定性的稳态方法

污染物迁移通常是污染区域环境风险评估与分级中的一个关键因素。在本研究中,我们使用一种稳态方法来对一个污染市政饮用水供应的地点的农药代谢物BAM(2,6-二氯苯腈)的迁移时间和含量进行了评估。另外还使用一种蒙特卡洛模拟技术来量化结果的不确定性并且估计所使用参数的敏感性。采用的方法产生的评估表明BAM从污染地点到达水供应的迁移时间的中值为10年。非饱和区域的土壤有机碳含量和饱和区域的水力导度分别解释了迁移时间的估计中44%和23%的不确定性。敏感度分析表明由于受污染地点整个地区的地下水流以及土壤有机碳含量造成的稀释因子分别解释了含量估计的53%和31%的不确定性。总之,可以使用这里采用的稳态方法来获得关于迁移时间和含量的可靠的初步估计,但是可能需要一个动态模型来提高对降解的污染物含量的预测。

波浪作用下渤海湾近岸海域污染物的输移扩散规律

用物理模型实验和数学模型计算相结合的方法 ,研究了均匀缓坡岸滩上 ,规则波及不规则波浪作用下形成的沿岸流及其对岸边排放污染物输移扩散的影响。针对渤海湾的地形和主要波浪方向 ,研究了渤海湾主要排污口附近单纯波浪以及波浪、潮流共同作用下近岸海域内流动速度分布与相应污染物输移扩散规律。结果表明 ,在渤海湾近岸海域 (一定范围内 ) ,污染物输移扩散受到波浪作用的影响 ,表现为平行岸线方向。波浪作用使得远离污染物排放口的滩涂受污染的影响增大。

污染物在受潮汐影响的地下水中输移的模拟

模拟沿海地区地下水及污染物的输移需要考虑海洋潮汐的影响,对于变密度污染物,考虑潮汐的影响会大大增加模型计算量,模拟此类问题要求模型具备优良的计算效果.为了获得适用于此类问题的模型,在比较各类模型的基础上,认为2DFEMFAT是合适的模型.对该模型作了修改完善,增加了潮汐模拟条件,使其能模拟潮汐影响下地下水中污染物的输移过程.为了验证修改后模型的正确性,作了潮汐条件下污染物输移的室内实验.数值模拟与实验数据的比较发现,两者较为吻合,验证了模型的正确性和有效性.该模型可以推广应用到大尺度的实际问题.

平直缓坡上破波带内污染物输移速度实验研究

破波带内是接受海陆交接处污染物最多的区域,掌握破波带内污染物输移规律尤为重要.为此,通过实验,研究了平直斜坡上破波带内污染物在沿岸方向与垂直岸线方向的输移规律.实验采用的入射波分为规则波和随机波,主要分析了这两种入射波情况下入射波高、周期对污染物沿岸方向输移速度的影响;垂直岸线方向输移速度Vdx与沿岸方向输移速度Vdy比值关系;污染物沿岸方向输移速度与时均沿岸流最大值的比值.污染物在破波带内输移速度通过追踪污染团浓度等值线的额点来获得.结果表明,规则波和不规则波情况,污染物沿岸方向输移速度随着入射波周期和波高的增大而增大,污染物基本都有向岸线方向输移的趋势;规则波情况下,|Vdx|/|Vdy|在0.04～0.11范围内,不规则波情况,则在0.11～0.29范围内.污染团向岸线方向输移速度不规则波情况比规则波情况时大;规则波情况下,污染物沿岸方向输移速度约为时均沿岸流最大值的36%～90%,而不规则波情况下,则为61%～75%.

岸线码头密度对河道水动力和污染物输移影响分析——以武汉河段为例

为研究岸线码头密度对河流水动力变化及污染物输移的影响,以武汉河段为例,基于Mike21模型建立了适用于该河段的平面二维水动力-水质模型,计算了长为9.6 km的岸线范围内布置不同密度码头群后引起的附近区域内水位、流速变化以及突发水污染事故后的自净能力变化,从空间差异性、最大变幅等角度对比了三者的差异,并归纳了码头密度与水动力条件、污染物浓度变幅之间的关系。结果表明:(1)随着码头密度增加,工程区上游水位变化较流速更敏感,工程区及下游局部位置水位变幅较小,而流速变化较为敏感,表现为前沿主流区流速增大,近岸区流速减小;当码头密度大于1.25~2.5座/km的临界范围后,水动力条件随码头密度的变幅逐渐减缓。(2)修建码头后,受水动力变化影响,工程区河段上游污染物浓度变化呈"峰前减、峰后增",但工程区下游呈"峰前增、峰后减"的特征;工程区间内表现为主流区浓度增大、近岸带浓度减小、高浓度滞留时间总体增加的变化特点。(3)受码头工程群影响,无论是区间整体上,还是局部范围内,污染物浓度相对水动力条件变幅更大,对河段内水源地的取水可能造成不利影响。以上认识对于河流岸线开发利用规模选取和效应评估具有参考意义。

基于GAST模型的突发水污染事故中污染物输移模拟

突发水污染事故后,高效准确模拟预测是快速采取有效防控措施和制定应急预案的基础。采用基于非均匀网格的图形处理器(graphics processing unit,GPU)加速的水动力及污染物输移数值模型(GPU accelerated surface water flow and associated transport,GAST)对暴雨山洪或溃坝洪水引起的突发水污染事故中污染物输移规律进行了模拟预测。模型采用Godunov格式的有限体积法求解二维浅水方程和污染物输移方程,采用一种基于HLLC(Harten-Lax-Van Leer-contact)的近似黎曼求解器计算单元网格界面通量,采用二阶高精度格式(monotonic upstream-centred scheme for conservation laws,MUSCL)限坡线性重建和龙格-库塔时间积分法实现了二阶精度,同时采用GPU加速计算技术提高模型计算效率。算例结果表明:采用非均匀网格技术局部细化地形复杂区域生成精细网格,地势平坦区域粗化网格,大幅度减少了计算域网格数量,并且在保证模拟精度的同时,提升了模型计算效率。该模型可高效准确地模拟突发水污染事件中污染物输移过程,适用于大规模水污染事故的快速预警和评估。

基于GPU加速的污染物输移高分辨率数值模型

为了高效准确地模拟水污染事件中污染物输移过程,该文引入了一套基于GPU加速的水动力及污染物输移的GAST(GPU Accelerated Surface Water Flow and Associated Transport)高分辨率数值模型,并对水污染事件中污染物的输移进行了模拟。模型采用Godunov格式的有限体积法求解二维浅水方程和污染物输移方程,利用HLLC(Harten-Lax-van Leer-Contact)近似黎曼求解器计算单元网格界面通量,应用MUSCL限坡线性重构和龙格-库塔时间积分法实现了时空二阶精度,有效地解决了输移方程中对流项产生的数值阻尼过大和剧烈的数值振荡等问题,可准确地模拟复杂地形上干湿界面变化。同时模型引入图形处理器GPU(Graphics Processing Unit)加速计算技术。算例结果表明:模型精度高且稳定性好,能有效抑制数值阻尼和数值振荡,大幅提升了计算效率;模型可用于水污染事故的预警和评估,以期为突发水污染事件的决策提供基础数据和科学支撑。

基于自适应网格的急流条件下污染物输运高效高精度模拟

为了高效准确模拟急流条件下突发水污染事件中污染物的输运规律,基于自适应网格技术构建了Godunov格式有限体积模型。模型利用自适应结构网格离散二维浅水控制方程,对水位梯度或污染物浓度梯度较大的区域进行精细网格划分,同时细化干湿边界区域网格。模型采用MUSCL-Hancock方法求解二维浅水控制方程,使模型具有时空二阶精度;利用HLLC格式近似Riemann解计算界面通量,对界面两侧的Riemann变量进行非负重构和局部底部高程修正以确保模型计算的和谐性和稳定性。算例验证表明:自适应网格技术可以自动识别水位梯度或污染物浓度梯度较大的区域以及干湿边界区域并细化该区域网格,保证模型模拟精度的基础上,提升模型模拟效率;该模型能够准确高效地模拟急流条件下污染物的输运过程,适用于突发水污染事件的评估、预警和应急管理。

大气绕山体的运动及其输移特性的研究(英文)

对分层大气山体绕流的流动模式及扩散输移特性进行了数值模拟。采用隐式时间离散方法在贴体网格系统下求解雷诺平均的N-S方程,计算结果描述出大气流动的特征,证实了分层(以Froude数为特征参数,定义为F=U/NH,U为来流风速,N为Brunt-Vaisala频率,H为山体高度)变化对山体绕流流态的影响。数值结果表明:当Froude数大于4.0时,山体绕流的流动不再依赖于大气分层的变化。当Froude数介于4.0和1.0之间时,流场中出现了Lee波,并随着Froude数的进一步减小,流动分离发生及Lee波破碎现象。同时模型也预测了在各种流动模式下大气中夹杂着的污染物绕山体的传输特性,表明大气的分层现象对污染物的分布有着非常重要的影响。